中國巨型計算機之父金怡濂鑄“神威”揚國威

“革命加拼命”研制巨型機

金怡濂與計算機結緣，是在新中國成立后的1956年。當時，國家把計算機技術列為科學發展的重點學科之一。不久后，20個年輕人被選派赴蘇聯學習計算機研制，時年27歲、自清華大學電機系畢業后進入研究所工作的金怡濂幸運入選。

“當時，電子計算機剛問世10年。中國沒多少人知道什么是計算機，國家急缺人才，與其說我選擇了計算機，不如說計算機選擇了我。”金怡濂回憶道。1958年7月，金怡濂從莫斯科回到北京，隨即就被派往中科院計算機所，參與中國第一臺大型計算機104機的研制。當時的計算機體積都很龐大。而104機的主機和電機組機房各占地200平方米，共有22個機柜，使用了4200個電子管、4000個晶體二極管，每秒能運算1萬次。

金怡濂頗有感觸地說：“計算機是個很特別的東西。算一個數，需要很多器件一起工作，若是在某個瞬間斷一下，計算結果就會出大錯。所以，工藝質量和設計質量一樣至關重要。”那段時間，除吃飯、睡覺和非參加不可的集體活動，金怡濂和同事們幾乎所有的時間都泡在機房。除了研究設計，他們還花了大量時間，想了許多辦法，排查機器的每一個工藝環節，以確保“一個焊點也不能出問題”。經過多輪調試，1959年國慶節期間，104機正式宣布完成，《人民日報》頭版頭條報道了這一喜訊。隨后，它圓滿完成了包括中國第一顆原子彈在內的許多重大課題的相關科學運算。

此時，金怡濂已離開104機研究小組，叉陸續投到四臺大型計算機的研制工作。金怡濂主攻的運算控制，被稱為計算機的大腦和心臟。他提出了一系列可行性建議和改進方案，攻克了“穿通進位鏈加法器”等課題，逐步成長為中國大型計算機研制領域的骨干力量，被破格提拔為研究室副主任。

1963年，金怡濂攜家眷隨單位遷往大西南。1969年，金怡濂作為主要技術負責人和總體組組長，主持國家重點工程九·五乙機的研制。當時，國家的電子工業基礎異常薄弱，金怡濂一方面與同事們下大力氣幫助合作的元器件生產廠家提高質量，另一方面在國內首次提出“雙機并行”的處理器系統結構，以雙機并行提高機器的速度和穩定性，彌補元器件的可靠性不足。山區的科研條件十分簡陋，當時國家電子工業基礎薄弱，大型機研制舉步維艱。1976年，九·五乙機宣布研制完成，運算速度達每秒350萬次，開創了中國并行機研制的先河。

花錢買不來高科技

1978年，中國迎來科學的春天。金怡濂代表九·五乙機的全體參研人員、設計組和他個人，在第一次全國科學大會上捧回了三張獎狀。兩個月后，他又被派往美國和日本考察大型計算機。這次行程雖然收獲不小，也讓他們清醒地認識到了差距。

據金怡濂回憶，改革開放之初，國家百廢待興，急需更高性能的巨型機，迫不得已花巨資從國外進口了一臺。然而，購機同時還須花錢“聘請”兩位“洋監工”，由他們在控制室中監視機器的使用。并在雙方簽訂的協議上明確規定：中方人員不得進入控制室；開機、關機須由外方負責操作；中方不得將機器派作他用等等，這讓金怡濂大感屈辱，他由此深刻地認識到，高科技是花錢買不到的，必須發展中國自己的巨型機，否則只能受制十人。

“核心技術是花錢買不來的。”感受到切膚之痛的金怡濂下定決心，一定要研制出屬于中國人自己的、不輸給任何人的高性能計算機。鄧小平同志也明確提出：“中國要搞四個現代化，不能沒有巨型機。”在中國科研人員廢寢忘食的努力下，上世紀80年代，“銀河”向量億次機和九·五工程億次機兩臺運算速度達億次級的巨型機相繼成功研制。1991年，金怡濂所在的研究所又成功研制出速度達每秒10億次級的中國第一臺大規模并行處理計算機，逐漸縮小與美、日等國的差距。下一個目標，金怡濂是贊成直接研制1000億次級巨型機的人之一。

“計算機發展太快，早一年是先進的，晚一年就落后了。”他還有另一層考慮，直接挑戰干億次級，將是一次在該領域迎頭趕上美日等國的機遇，機不可失。最終，新一代巨型機——“神威”的目標被確定為1000億次級。當時已退居二線的金怡濂被邀請出山，擔任總設計師。他提出以平面格柵網為基礎的“分布共享存儲器大規模并行結構”總體方案，同時提出網上多種集合操作以及無匹配高速信號傳送等技術構想和解決方案，均獲成功。1996年9月，“神威”研制完成。經測試，峰值運算速度達到每秒3120億次，跨入國際領先行列。這意味，僅用4年時間，中國高性能計算機的水平就提高了300多倍。

國慶五十周年展“神威”

1999年秋，無論是國家領導人，抑或是普通老百姓，誰不盼望建國50周年大慶盛會這天的北京艷艷麗日、朗朗晴空？可是，“十一”前一天的下午，首都大雨傾盆，且一夜未停。天公意愿誰先知？只有依靠“神威”。當時，“神威”的判斷結論是：雨將在國慶早晨5時停，3個小時過后將云開霧散。在天安門廣場盛況空前的國慶閱兵典禮現場，當太陽如期露出笑顏，受邀參加觀禮的“神威”總設計師金怡濂也笑了……

現實與他們的預報完全吻合，巨大的壓力頃刻化作滿腔欣慰。國家氣象中心利用“神威”計算機精確完威極為復雜的中尺度數值天氣預報，在國慶50周年和澳門回歸等重大活動的氣象保障中發揮了關鍵作用。然而，金怡濂傾畢生精力為國家研制巨型計算機，并不僅僅是為了氣象預報。他介紹，超級計算機通常是指當時性能最高、運算速度最快的一類計算機，是氣象氣候、石油物探、生命科學、航空航天、藥物篩選和基礎科學等領域不可缺少的高端計算工具，因此，中國未來的現代化建設不能沒有巨型機。

此后，金怡濂帶領他的團隊再次向世界最先進水平發起沖擊。這次，他們的目標更加明確——要在出機時達到世界第一。2001年底，“神威Ⅱ”研制完成，速度達到每秒13 1萬億次，其峰值速度和持續速度均超過了當時排名第一的高性能計算機；機器體積大為縮小，功耗也較低。因為對中國巨型計算機的發展做出重大貢獻，金怡濂榮獲2002年度國家最高科技獎。

當前，中國在高性能計算機領域已處于世界領先水平。2013年11月18日，國際TOP500組織公布最新全球超級計算機500強排行榜。中國的“天河二號”以峰值計算速度每秒5 49億億次、持續計算速度每秒3.39億億次雙精度浮點運算的優異性能位居榜首。但從入榜的超級計算機數量上看，美國仍然優勢明顯。

金怡濂介紹說，目前，完全采用國產自主CPU設計的超級計算機“神威藍光”速度已達到千萬億次級。但是，中國在基礎研究、前瞻性研究、核心元器件及應用研究方面，與美、日等國相比，仍有相當差距。未來，預計到2020年前后，超級計算機的運算能力將突破每秒100億億次，全世界的同行都正在朝這個目標努力。

據《世紀人物》整理